Перекручений пару раз "пончик", з такими ж закрученими і вигнутими магнітними котушками, з інструментами і датчиками, що стирчать під самими незвичайними кутами ... Що й казати, непоказне спорудження. Але, може бути, перед нами - майбутнє енергетики.
Незвичайний пристрій, що сполучає в собі плюси стелараторів і токамаков, але без їх недоліків, збудували Девід Андерсон (David Anderson) і його колеги з інституту Вісконсіна-Медісона (University of Wisconsin-Madison).
На випробуваннях апарат, потенційно здатний стати термоядерним реактором, показав допитливі поєднання характеристик, про що його творці і повідали в статті в журналі Physical Review Letters.
Схема HSX (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Новий апарат іменується "гелікоїдний симетричний досвід" (Helically Symmetric eXperiment - HSX). Його проектування Андерсон співтовариші почали 17 років тому. Зараз ця машина запрацювала, і її творці вважають, що HSX - найдосконаліший і багатообіцяючий стелларатор в світі.
Мудрі форма вакуумної камери HSX (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Тут потрібно зробити відступ. Для керованого синтезу гелію з водню потрібно затримувати дуже жарку плазму в магнітних полях. Тут існує два основних підходи: вчені роблять пастки - токамаки і стелараторі.
1-і володіють камерою у вигляді тора зі звичайним округлим перетином і рівною круглою формою в плані. Токамаки оснащуються порівняно простими (за формою) плоскими магнітами і відрізняються більш-менш низькою втрати енергії плазмового джгута, що, потенційно, призначає і маленький витрата енергії на підтримку плазми.
Стелараторі, в першому наближенні, це теж "бублики". Але форма їх дуже складна: і перетин їх має непросту форму, і сам "бублик" пару раз перекручений і зігнутий. Магніти, що створюють утримує поле, тут дуже складні з геометрії. Причому фізикам відомо кілька варіантів форми стелараторі, до яких Андерсон додав ще один. Логічне запитання - для чого?
Більш "божевільними" за формою виглядають і головні котушки. А саме, на цьому малюнку ми бачимо пару (відзначені цифрами) таких магнітів, закріплених в підтримуючої системі (ілюстрація University of Wisconsin-Madison).
Справа в тому, що у токамаков є проблема зі стабільністю плазми, яка все норовить дрейфувати до стін камери. У стелараторів проблем з цим немає.
Але, як ніби натомість, у стеллаторов є інший недолік - тут значні втрати енергії плазми. Через це таким машинам важко досягти потрібних температур і часу утримання, достатніх для пуску термоядерної реакції.
HSX - 1-ий у світі стелларатор з так званим квазісімметрічним магнітним полем. Форму його (і поля, і стелараторі, звичайно) вчені підбирали багато років. Але зараз машина працює і показує максимально обнадійливі результати.
Творці цього маленького дива доповідають, що, зберігши красиву стійкість плазми, характерну стелараторі взагалі, новий апарат має значно меншою втрати енергії при більшій електричної температурі, в зіставленні з стелараторі колишніх схем. Але ж здатності конструкції не вичерпані.
На даний момент творці пристрою хочуть ще попрацювати над проектом і підняти характеристики плазми до нових висот.
Готовий HSX. Середня відстань від центру пристрою до центру плазмового шнура дорівнює 1,2 метра (фото University of Wisconsin-Madison).
Андерсон вважає, що ідеї, випробувані в HSX, повністю можуть лягти в основу промислових енергетичних термоядерних реакторів. І нехай прихильники токамаков кусають лікті.
Токамаки, вобщем, без бою не здадуться. Ми вже розповідали, як китайський токамак показав перевищення енергетичного виходу над витратами, а американці знайшли унікальний метод стабілізації плазми в таких пристроях. Ну і найбільший проект такого роду - International Thermonuclear Experimental Reactor - все ж токамак. Чи виправданий був такий вибір чи ні - покаже час.
Вобщем, завжди можна звернутися до інших варіантів керованого синтезу. Можна згадати, наприклад, проект енергетичного реактора синтезу за допомогою важких іонів або відтворений не один раз, але все одно скандальний і спірне соносінтез.
Що-небудь в один прекрасний момент запрацює на всю котушку.